反滲透海水淡化技術現狀和展望

高從堦，周　勇，劉立芬

（浙江工業大學，浙江　杭州　310014）

反滲透海水淡化技術現狀和展望

高從堦，周勇，劉立芬

（浙江工業大學，浙江杭州310014）

反滲透膜技術于20世紀60年代取得突破性進展，促使反滲透海水淡化在近50年間高速發展，淡化產能自20世紀90年代起激增。海水反滲透（SWRO）淡化已成為目前投資最省、成本最低的利用海水制備飲用水的過程。文中主要對海水反滲透淡化的發展狀況進行了介紹，如膜和組件的改進，關鍵設備高壓泵和能量回收裝置效率的提高，多種工藝過程的不斷發展，包括預處理和后處理的新工藝，以及對環境的影響和相應對策等。反滲透技術的發展也推動了其他膜分離技術的進步，并擴展其應用領域。預計在不久的將來，膜技術在海水淡化和水再利用、擴大和保護水資源、循環經濟、清潔生產、改造傳統產業、節能減排及提高人民生活水平等方面發揮的作用會越來越顯著。

海水淡化；反滲透膜；反滲透工藝；能量回收；環境影響

缺水已成為世界性的問題，成為制約社會進步和經濟發展的瓶頸。隨著經濟的持續發展和人民生活水平的不斷提高，本來緊張的水資源供需矛盾更加尖銳，故水資源問題的解決對實現社會的可持續發展是非常迫切的。

除了加強管理、嚴格立法控制污染和過度采用、提高水價、推行節水農業、清潔生產和推廣節水工藝等措施外，脫鹽技術可將海水、咸水、污水和廢水等轉變成飲用水、工業用水、農業用水和生態用水等，在擴大水資源中發揮了重要作用，其中膜分離技術是關鍵技術之一。

除技術可行性之外，隨著水資源的匱乏、用水量需求的增加、常規方法生產水的成本的提高以及脫鹽生產水成本的下降，使脫鹽水在經濟上也增強了競爭力。可以相信，這一趨勢會越來越擴大，膜分離技術的作用也會越來越顯著。

本文主要對海水反滲透（SWRO）淡化進行介紹，包括膜和組件的改進，高壓泵和能量回收裝置效率的提高，多種工藝過程的發展等。反滲透技術的發展也帶動了其他膜分離技術的不斷進步，擴大了膜分離的領域。隨著膜分離技術的不斷進步，它在海水淡化和水再利用中的作用會越來越大，在擴大和保護水資源方面的作用會越來越突出，在循環經濟、清潔生產、改造傳統產業、節能減排、提高人民生活水平等方面發揮的作用會越來越重要。

1　反滲透海水淡化——顛覆性的創新工藝技術

海水淡化是自古以來人們的夢想之一，但由于技術和價格的限制而難以實現。19世紀出現了浸沒式蒸發器，但僅限于遠洋船只等應急使用；第二次世界大戰促進了脫鹽技術的發展，但仍限于多效和壓汽蒸餾；20世紀50年代，美國意識到水資源的重要戰略意義，石油危機之后便是水資源危機，專設鹽水局，30年內撥專款14億美元研發新的脫鹽技術。1954年電滲析（ED）實用化，1960年反滲透（RO）膜獲突破性進展，并于1970年開始實用化，1990年后，隨著RO膜性能的提高，價格的下降，高壓泵和能量回收效率的提高，海水反滲透（SWRO）淡化成為投資最省、成本最低的利用海水制備飲用水的過程。在20世紀60年代末，淡化水產量僅8 000 m3/d，到1990年達1.32×107m3/d，2006年在3.75×107m3/d以上，2010年在6.52×107m3/d以上，2015年在8.64×107m3/d以上，其迅猛增長的趨勢是少見的；其中，反滲透技術約占淡化裝機容量的60%以上。

除SWRO之外，反滲透廣泛用于苦咸水淡化以及純水和超純水的制備，反滲透—電去離子（EDI）純水制備技術，已完全取代了傳統的陽陰離子交換工藝，與傳統方法相比，該系統具有出水質量高、連續生產、使用方便、無人值守、不用酸堿、不污染環境、占地面積小和運行經濟等一系列優點，被稱為“綠色”純水制備系統，在電子、電力、化工、石化、醫藥、飲料、食品、冶金等各行業廣泛采用；反滲透苦咸水淡化在中、西部大開發中已經并將進一步發揮作用；反滲透預濃縮技術是在膜下游獲得淡水的同時，上游料液被濃縮，這已在化工、醫藥、食品和中草藥等領域得以廣泛應用；在環保方面，反滲透也用于石化、鋼鐵、電鍍、礦山、放射、生活、垃圾滲濾、微污染等廢水的濃縮處理，水回用、達標排放或零（近零）排放等。

所有這些充分展示了這一顛覆性的創新工藝技術的強大威力。這是由于SWRO的系列創新——理念創新、材料創新、技術創新、設備創新、（集成）工藝技術和應用創新的結果［1］。

2　反滲透膜和組器的創新進展

2.1反滲透膜的進步

在反滲透膜發展的歷史中，不對稱膜和復合膜的研發是創新的兩個范例［2］。

2.1.1不對稱膜Loeb和Sourirajan于1960年制得了世界上第一高脫鹽率、高通量、不對稱醋酸纖維素（CA）反滲透膜，其創新在于，以往的膜皆為均相致密膜（約0.1～0.2 mm厚），傳質速度極低，無實用價值，而不對稱膜僅表皮層是致密的（約0.2 μm厚），就這一點，使傳質速度提高了近3個數量級，這大大地促進了膜科技的發展；20世紀70年代研制了優異的CA-CTA膜，其中之一的性能為在10.2 MPa操作壓力下，對35 000 mg/L NaCl溶液，脫鹽率99.4%～99.7%，水通量20～30 L/m2·h［3］。

2.1.2復合膜復合膜的概念是在1963年提出的，其創新點在于膜的脫鹽層和支撐層分別由優選的材料來制備，如脫鹽層（約0.1～0.2 μm厚）是芳香族聚酰胺，支撐層是聚砜，這使膜的性能進一步提高。歷年來，開發了許多不同用途的復合膜，如用于海水淡化的“高脫鹽型”、純水制備的“超低壓和極低壓型”、廢水處理的“耐污染型”等。最近海水淡化的“高脫鹽型”復合膜性能大大提高，在5.52 MPa操作壓力下，對35 000 mg/L NaCl溶液，脫鹽率99.8%，水通量40 L/m2·h以上［4］。

目前國際上最佳商品化的復合膜，其皮層為芳香聚酰胺，有水通量大、脫鹽率高、耐生物降解、pH范圍廣，且有一定的游離氯容許范圍等優點。但在耐氯、耐熱、耐污染、耐化劑和高區分分離等方面，有待進一步改進；當然，水通量和脫鹽率的提高，一直是膜改進的首選［5-6］。

（1）無紡布和底膜的改進。反滲透復合膜用多孔無紡布起增強和支持其上的聚砜底膜（支撐層）和脫鹽層，要求強度高、薄（100 μm）、均勻、孔隙率高等；聚砜底膜（支撐層）要求無缺陷、薄（50 μm）、孔均勻、孔隙率高、結構呈密度梯度型、與其下的多孔無紡布和其上的脫鹽層結合牢固等。

有的研究認為通過底膜和脫鹽層間界面的改性、增加底膜表面的極性有利于復合膜產水率和脫鹽率的提高；調節底膜鑄膜液中添加劑品種和用量，如加入含環氧基的化合物或含異氰酸基的化合物等，使底膜缺陷少、孔徑更均勻、孔隙率更高［7-8］。

（2）新的功能單體。 通過研究功能單體與膜性能的關系，希望為新型反滲透復合膜的研究提供依據。在功能單體中引入能與水分子形成氫鍵的功能團、親水基團、磺酸基等，提高膜的截留率、水通量、耐氯性和抗氧化性［9-10］。除最通用的間苯二胺（m-PDA）和均苯三甲酰氯（TMC）外，報道過的酰氯類功能單體有：間苯二甲酰氯（IPC）、對苯二甲酰氯（TPC）、5-氧甲酰氯-異酞酰氯（CFIC）和5-異氰酸酯-異酞酰氯（ICIC）、3，4，5聯苯三酰氯（BTRC）和3，3，5，5聯苯四酰氯（BTEC）等；報道過的多胺類功能單體還有對苯二胺（PPD）、2，4-二氨基甲苯（m-MPDA）、磺酸間苯二胺（SMPD）、3，3'-二氨基二苯砜、4-氯間苯二胺、4-硝基間苯二胺、p，p′2二氨基二苯甲烷（DDM）、聚乙烯亞胺、氨基葡萄糖等［11-13］；還有的報道，先讓少量多胺與多元酰氯反應，生成一定分子量的酰氯中間體，而后界面聚合。

（3）界面聚合的參數控制。界面聚合制備復合膜是一非常復雜的過程，要獲得性能優異的復合膜，有很多參數控制必須嚴格控制，如：支撐膜的處理、水和油相中的各組分的選擇和配比、pH、接觸時間、反應時間、熱處理溫度和時間……以調控膜的親水性、荷電性和表面粗糙度等［14-15］。

①通常在水相中加入不同酸吸收劑，控制反應的pH，同時調節胺的擴散：如樟腦磺酸（CSA）/三乙胺（TEA）和1，1，3，3-四甲基胍（1，1，3，3-tetramethylguanidine）/甲基苯磺酸（Toluene sulfonic acid）等季銨鹽類相轉移催化劑，極性疏質子溶劑六甲基磷酰三胺（HMPA），鄰氨基苯甲酸三乙胺鹽，間氨基苯甲酸三乙胺鹽，2-（2-羥乙基）吡啶，4-（2-羥乙基）嗎啉等親水性添加劑。有時在水相中加入不同調節劑，進一步調節胺的擴散，如少量的丙酮、2-丁氧基乙醇、丙三醇、二甲亞砜等，進一步提高膜的通量。通過向MPD水相中加入對苯二酚，再與TMC反應可制得耐氯性優于聚酰胺膜的聚酯酰胺膜等［16-17］。

②通常在油相中加入不同添加劑，在油相/水相的界面處遇水而發生水解反應，水解生成的分子可以調節聚酰胺分子和薄膜的微結構，如鈦酸丁酯、磷酸三丁酯（TBP）、磷酸三苯酯（TPP）等［18］。

總之，添加劑對膜性能的影響非常大，可以提高膜的親水性和通量，改善抗生物污染和耐化學性等。

（4）表面改性

①物理改性。表面涂層是最簡單常用的物理改性方法。聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、殼聚糖（CS）、聚乙撐胺等高度親水性材料常被用來直接涂覆到膜的表面增強膜的親水性和抗污染能力［19-24］。聚乙烯亞胺（PEI）則可通過分子間氫鍵被自組裝到常規聚酰胺膜表面改變膜的荷電性和親水性，進而改善膜的耐污染性［25］。表面涂層的優點是操作簡單，涂層物質可選擇性高，改性初期效果較好，但存在易脫落、增大滲透阻力和降低膜通量的缺點。

②化學改性。復合膜的化學改性是用一些特定的化學試劑處理膜面，或者采用接枝聚合方法來調節復合膜表層分子的化學結構，以獲得性能提高的復合膜。例如，將聚酰胺層用過硫酸鉀、過硫酸銨或過硫酸鈉溶液浸泡，烘干后可使反滲透復合膜的耐氯性、耐氧化性和抗污染性進一步提高［24］。或者，用含有環氧基、異氰酸基或硅氧基的化合物溶液處理膜，可使膜面粗糙度明顯減小，荷電趨于中性，降低膜的表面能，減弱污染物在膜面的吸附，從而提高膜的抗污染能力［26-28］。在商業化的聚酰胺反滲透復合膜表面接枝上親水的氨基磺化聚醚砜（SPES-NH2）、PVA、PVAm、PAA、PEG、PEMAEMA、甜菜堿（PSVBP）、MTAC等，含-（CH2CH2O）N-的親水支鏈，分子刷結構的支化聚環氧烷（PAO）聚合物，或海因衍生物等，可明顯改善膜的表面親水性和光滑度，增強膜的抗污染能力和/或耐氯性［29-36］。

③等離子體改性。由于等離子體法比傳統方法制備的聚合層具有更好的熱穩定性和粘附性，因此有可能改善反滲透膜的滲透性、選擇性和抗污染性。如在界面聚合之前用等離子處理聚砜超濾膜，引入親水性單體丙烯酸、丙烯腈、丙烯胺、乙二胺等，使反滲透膜的水通量、截留率和耐氯性都有明顯的改進［37-38］。

（5）有機-無機納米粒子雜化和仿生膜的研究

①有機/無機納米粒子雜化反滲透膜（TFN）。2007年，美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）的Hoek課題組與加州大學河濱分校（UCR）的Yan課題組合作將納米級分子篩填充至聚酰胺反滲透復合膜中，使膜的水通量提高近兩倍，而鹽截留率基本保持不變，并首次提出了超薄納米復合反滲透膜（TFN）的概念［39-40］。納米粒子分散在高分子膜中，可對膜的細微結構和宏觀性能產生不同程度的影響，研究包括分子篩的種類、粒徑大小和均勻性、孔結構和大小、膜中分散均勻性、有機/無機界面調控、交聯度、微小缺陷、分子篩的孔道效應等，與膜結構、親水性、荷電性、化學、熱力學和機械穩定性等關系是十分必要的［41-45］。例如，將納米沸石分子篩分散到水相或油相中進行界面聚合反應時，得到的TFN復合膜性能會大不一樣。當在聚酰胺膜中嵌入其它納米粒子如碳納米管、氧化石墨烯、石墨烯、納米銀或TiO2等時［46-48］，膜也將展示不一樣的細微結構和宏觀性能。

②仿生膜的研究。由于水通道蛋白（AQPs）具有獨特的水通道（約3 nm）、水分子靶向點和優異的選擇性，將它們嵌入到聚酰胺反滲透復合膜活性皮層中制得的仿生膜，理論上可使膜的水通量提高2個數量級［49-50］。例如Zhao等直接將由蛋白脂質體固載的水通道蛋白添加到水相通過界面聚合制備了TFC水通道蛋白基仿生膜，對NaCl的截留率為97%，而水通量顯著提升，高達4 L/m2h bar（測試條件：10 mM NaCl，5 bar），比BW30膜和SW30HR膜的水通量分別高約40%和1個數量級［51］。雖然水通道蛋白的嵌入可顯著提高膜的水通量，但前提是能篩選到合適的載體，目前報道使用的有蛋白脂質體、蛋白聚合物囊泡或者嵌段共聚物，以使固載的水通道蛋白能與基底膜更好地相容，并且被包覆，從而具有好的化學穩定性，最終在水環境中發揮獨一無二的功能［52］。Saeki認為水通道蛋白的三維結構太復雜，并且對基底膜很敏感，于是選擇將結構更簡單的短桿菌肽（GA）嵌入荷正電的雙層脂質體中，然后在外加壓力下（0.15 MPa）通過靜電作用固載于荷負電的磺化聚醚砜納濾膜（NTR-7450）上制得具有反滲透性能的仿生膜，該膜對NaCl的截留率高于97%，水通量可達11.08 L/m2·MPa-1，但遠低于理論值［53］。

2.2膜組器技術的不斷發展

20世紀60年代海水淡化研究初期，先用的是板式和管式小型試驗設備。反滲透膜組器技術的創新，使膜的性能得以充分發揮，這里特別提出的是中空纖維反滲透器和卷式反滲透元件。

2.2.1中空纖維反滲透器經多年的研究開發，1975年美國DuPont公司推出B-10型海水脫鹽用聚酰胺中空纖維反滲透器；1980年日本Toyobo公司推出Hollosep型海水脫鹽用CTA中空纖維反滲透器。其特點是：中空纖維束一端或兩端密封并開孔，中心是多孔的海水供水管，海水從此供入，徑向向外流過中空纖維束，淡化水透過中空纖維壁到中空纖維內孔，流到開孔的一端或兩端，收集起來后，由產水管排出，濃的海水由濃水口排除。具有自支撐結構，組件制備工藝簡單，放大效應小，安裝和操作簡便，具有最高的膜面積堆砌密度［54］。

2.2.2卷式反滲透元件卷式元件概念是1964年提出的，經過10多年的多次更新換代，在20世紀70年代后期商品化，隨著性能不斷提高，價格越來越便宜，使反滲透海水淡化成本不斷下降，成為海水淡化的主要用膜組器。其構思巧妙：用兩張膜的背面夾一產水流道材料，其開口為中心產水收集管，膜的正面襯上進水流動網格，數葉這樣的排列，三面涂粘合劑后，繞中心產水收集管卷起來呈筒狀；再兩端切齊，裝上抗應力器并包以膠帶或纖維增強樹脂外殼而成；進水經流動網格軸向流動，產水螺旋狀由外向內到中心收集管。其特點在于:可大規模、高產速制造，可低流速下運行，安裝和操作簡便，結構緊湊，裝填密度大，可在壓力容器內串接多個元件等。經膜片對的數目和寬度、流道隔網的式樣和厚度、粘合和密封方式、多個元件產水的收集方式和端封等的不斷研究和改進，目前，復合膜廣泛用于卷式元件的大規模生產，元件的直徑為4 inch，8 inch，16～18 inch等，以8 inch的居多。如φ 203 mm×1 016 mm的復合膜卷式元件，對35 000 mg/L海水，5.5 MPa下，25℃，8%～10%回收率，產水量達30 m3/d，脫鹽率99.8%左右［55-56］。

膜元件仍在不斷改進提高:如膜面積增加以多產水，增加膜葉數以減少產水流動阻力，膜密封改進以保證高脫鹽，大型化和自動化以更高效可靠，提高耐壓性使之更耐用，元件端封改進使之更可靠和簡便等［57］。從而發展了海水淡化用高壓反滲透膜、系列中低壓反滲透膜、超低壓反滲透膜、極低壓反滲透膜和抗污染反滲透膜等元件，用于各種不同的應用。

3　關鍵設備的不斷改進

目前，反滲透海水淡化成為有競爭力的工藝，高效率的高壓泵和能量回收裝置的作用都功不可沒，使SWRO本體能耗在3 kWh/m3以下，總能耗在4 kWh/m3左右。2005年在美國的現場運行表明，SWRO本體能耗僅1.58 kWh/m3。

3.1高壓泵的不斷改進［58］

產業鏈中高壓泵作為膜法海水淡化用關鍵設備也得到快速的發展:除高壓泵的品種和型號不斷增多，容量不斷增大，以及效率不斷提高（達80%以上）。

目前反滲透海水淡化處理系統中使用的高壓泵主要有3種：往復式容積泵、多級離心高壓泵和高速離心泵。往復式容積泵主要用于額定流量較低的場合，通常流量＜80 m3·h-1，它的特點是：效率高，一般大于85%，且高效率范圍大，對應一定流量，可達到不同的揚程，基本上都可保證在高效率點工作。

多級離心高壓泵主要有以下幾類：水平中開式多級離心高壓泵、節段式多級離心高壓泵和不銹鋼沖壓泵。水平中開式多級離心高壓泵適用流量大于220 m3·h-1的場合，流量越大，泵的效率越高，效率可達75%～85%，特點是軸向推力小，維護保養方便，但制造成本高。節段式多級離心高壓泵用于中等流量，80～220 m3·h-1。效率在65%～80%，特點是結構簡單、體積小、重量輕、價格相對便宜。不銹鋼沖壓泵也只用于中小流量場合，通常流量＜95 m3·h-1，它的特點是：效率不高，一般小于70%，但體積小，重量輕，操作維護方便。高速離心泵適用于小流量場合，10～70 m3·h-1，泵效率為50%～75%。特點是體積較小，但效率較低，噪音大。

3.2能量回收裝置的不斷改進

通常，反滲透海水淡化系統的操作壓力一般為5.0～6.0 MPa，從膜組器中排放的濃海水壓力仍高達4.8～5.8 MPa。如果按照通常40%的水回收率計算，濃海水中約有60%的進料壓力的能量，具有巨大的回收價值和意義。反滲透海水淡化能量回收裝置的作用就是把反滲透系統高壓濃海水的壓力能量回收再利用，從而大幅降低反滲透海水淡化的制水能耗和成本。

按照工作原理，能量回收裝置主要分為水力渦輪式和功交換式兩大類。在水力渦輪式能量回收裝置中，能量的轉換過程為“壓力能—機械能（軸功）—壓力能”，其能量回收效率約35%～70%。功交換式能量回收裝置，只需經過“壓力能—壓力能”一步轉化過程，其能量回收效率高達90%以上，已成為國內外研究和推廣的重點。

最早的能量回收裝置是水力透平式，瑞士Calder.AG公司的Pehon Wheel透平機和Pump Ginard公司的Francis透平機，效率一般為50%～70%。經過改進的設計，最具代表性的有丹麥Grundfos公司生產的BMET透平直驅泵和美國PEI公司生產的Hydraulic Turbo charger，能量的轉換效率可提高至65%～80%。

功交換式能量回收裝置有瑞士Calder.AG公司的DWEER能量回收裝置、德國KSB公司的SalTec DT壓力交換器、德國SiemagTransplan公司的PES壓力交換系統和美國ERI公司1997年推出的PX裝置等。其中PX裝置被絕大部分海水反滲透設備選用，其次是DWEER能量回收裝置［59-60］。

PX裝置有如下幾個特點：效率非常高，可達95%；核心部件使用陶瓷材質，尺寸穩定、永不腐蝕；無需電氣連接，占地面積小，操控簡單；質量可靠，壽命長；全球應用案例多，使用的經驗豐富。

國內對能量回收裝置的研究起步較晚，進行反滲透用能量回收裝置研究的主要有中科院廣州能源所、天津大學、杭州水處理中心和天津海水淡化與綜合利用研究所等4家單位，研發方向均為雙液壓缸功交換式能量回收裝置或閥控式壓力交換能量回收裝置，有望取得突破和產業化。

4　工藝過程的持續開發

對海水淡化，隨著反滲透膜和組器技術的進步，SWRO工藝也不斷地發展，主要工藝過程如下：

4.1微濾和超濾用于海水預處理

鑒于傳統預處理技術的局限性，提出了利用膜分離技術作為海水反滲透預處理工藝流程。通過現場試驗，將微濾（MF）和超濾（UF）用于海水預處理不僅技術可行，而且也相當經濟，用MF或UF替代傳統的預處理的混凝/多介質過濾工藝，由于供水水質好，RO比常規法可多產水20%，這樣用膜面積少，壓力容器少，管路省，占地面積小，從而投資費用低；同時RO膜清洗周期長，用試劑少，省勞力、運行時間長，其運行費用也低［61-62］。

4.2海水淡化新工藝的不斷進步

4.2.1一級海水淡化工藝20世紀80年代中期以后，RO膜的脫鹽率達99.2%以上，這為一級SWRO創造了條件。海水經一級RO后，產水即為飲用水，水回收率30%～35%［63］。

4.2.2高壓一級海水淡化工藝這是近年來，為了進一步提高回收率而提出的新工藝之一。通常一級SWRO的操作壓力在5.5 MPa，壓力提高到8.0 MPa，使回收率從35%提高到50%以上是經濟的。這樣，取海水量減少，預處理的設施和各種藥劑用量相應減少，泵和高壓泵所用電力也省，操作和維修勞力也省。當然，要求的操作壓力要相應提高，這就需要耐高壓的膜元件，另外相應的工藝也應進一步改進［63］。

4.2.3高效兩段法這是提高回收率的新工藝，是一級兩段工藝的改進，在兩段間設增壓部分，第一段的濃海水經增壓和最終的能量回收部分相結合進入第二段，這也可使回收率達60%。該工藝不僅適合于新建的SWRO廠，且可將以前的一級SWRO廠增設第二段，使其產量增加一半［64］。

4.2.4二級海水淡化工藝目前該工藝用來從海水中制取含鹽量在20～40 mg/L的軟化水［47］。

4.2.5高通量的膜元件兩段設計或部分兩段設計這既使操作費用降低，又達到脫硼的要求，完全可補償高一點的投資［64］。

4.2.6集成工藝和過程優化（1）SWRO與納濾（NF）集成。20世紀90年代，提出RO與NF結合的海水淡化新工藝，但集成的工藝有不同，一是納濾在RO之前，納濾的產水為RO的進水，這對RO很有利；另一種是將納濾放在RO之后，RO的濃水為納濾的進水，納濾的產水返到RO之前，作為RO的進水，這可大大提高回收率。

（2）SWRO與多級閃蒸（MSF）或多效蒸餾（MED）集成。SWRO與MSF集成已商品化，如阿聯酋的富查伊拉（Fujeirah）水電聯產廠就采用這一集成技術，其中，MSF產淡水28.4×104m3/d，SWRO產淡水17.0×104m3/d，這一集成技術使工廠的生產更靈活，產水的成本更低。

（3）NF與SWRO和MSF/低溫多效蒸餾（LT-MED）集成。以納濾作為預處理，實際為部分脫鹽（主要是去硬度），通常可除去海水中Ca2+、Mg2+和HCO3-在70%以上，除SO42-在90%以上，再與SWRO和MSF（LT-MED）結合，NF產水的60%經RO轉化為產品水，RO濃水的80%由MSF轉化為淡水，同時MSF的余熱可加熱NF和RO的進水［65］。

（4）SWRO與電滲析（ED）集成。電滲析技術的最早應用是在20世紀的50年代用于苦咸水淡化，60年代應用于濃縮海水制鹽，80年代初，我國在西沙建立了當時世界上最大的200 m3/d的ED海水淡化站。隨著電滲析技術不斷發展，其制水能耗不斷降低，重新受到人們青睞，在小型海水淡化裝備上，電滲析法有望有一席之地；SWRO與倒極電滲析（EDR）集成，SWRO淡化后，EDR對淡化的濃海水進行濃縮，進而與海水濃縮制鹽結合，對海水與電能進行有效利用，可進一步達到節能降耗的要求。也有人提出電滲析與反滲透的集成，先用電滲析淡化海水到3 000 mg/L左右，再用反滲透制取飲用水［66］。

（5）其他集成工藝。如水電聯產和熱膜耦合，再進一步與供熱（汽）、化工、綜合利用等過程集成，將發電、海水淡化與鹽、堿聯產等綜合開發，是值得提倡和推廣的生態產業鏈新概念，海水淡化聯產、海水淡化濃鹽水零排放、濃鹽水化學資源提取的系統整合，實現了海水淡化產業的綠色可持續發展。海水淡化與水電、核電聯產，可以充分利用產業互補優勢，解決電廠廢熱排放問題，同時降低海水淡化成本，提高海水淡化產品水的價格優勢，有助于海水淡化產業規模的不斷擴大；海水淡化濃鹽水零排放技術與海水淡化主體工藝相結合，可以有效解決海水淡化濃鹽水的環境影響問題，促使海水淡化產業向綠色產業靠攏，有利于可持續發展；此外，零排放的實現與濃鹽水化學資源的提取可以同時進行，可從濃鹽水中生產多種工業原料，創造額外的市場價值。既具有經濟效益，又具有環境效益［67］。

（6）過程優化。使產水成本最低的反滲透海水淡化系統優化設計目標是確定系統的最優結構、最優操作條件、同時給出系統的主要技術參數，以獲得系統經濟的主要經濟指標如投資成本、運行成本、運行能耗等。多數反滲透廠的優化和設計方法多應用反滲透網絡模型對不同條件下的反滲透廠進行研究，提出更接近實際、且經濟可行的新模型，采用費用最小為優化目標，獲得最優的網絡結構和操作條件。如Young M.Kim，et.al.從海水取水、預處理系統、反滲透網絡建模、能量回收系統、后處理系統、濃鹽水排放和環境影響等各方面總結了大規模反滲透海水淡化的優化設計的研究進展、存在的問題和未來的研究方向［68-69］。

4.3膜清洗、除污和消毒［70］

在長期運行中，膜的表面上會逐漸有進水中存在的各種污染物的沉積而引起膜的污染，這造成系統性能的下降，所以防止膜污染是反滲透應用中最重要的方面之一。膜的定期清洗和消毒是防治膜污染的主要措施之一。

典型的膜清洗工藝包括物理清洗與化學清洗兩種類型，膜的清洗先要查找污染原因，針對不同的污染物，選擇不同的清洗技術，如，機械清洗、化學清洗（酸、堿、螯合劑、表面活性劑和酶等）和組合清洗等，下面僅介紹兩個新技術。

4.3.1兩相混合流體清洗目前正在歐洲研發的清洗技術是用溶解的二氧化碳來清洗卷式膜。這些二氧化碳水溶液在沒進入系統之前先讓其達到飽和，進入系統后由于壓頭損失壓力降低，然后二氧化碳就會從溶液中釋放出來，形成二氧化碳泡沫，這些二氧化碳泡沫會清理到那些積累的生物雜質。

4.3.2正滲透（FO）的反沖洗［71］這是液壓反沖洗的一種方法，高濃度鹽溶液在很短的時間內注入進水管路系統，淡化水側的水透過膜，可從膜的表面剝離并清除污染物，這種操作的好處是能夠持續使用，并且能夠減少或完全不用化學試劑。

4.4淡化水后處理系統

反滲透法淡化產品水總溶解性固體含量范圍為200～300 mg/L，硬度和pH較低，硼含量較高。該產品水要作為飲用水或工業用純水，還要對該產品水進行調硬度、pH和脫硼，以及深度脫鹽，才能滿足使用要求［72］。

4.4.1淡化水的硬度調節及脫硼 （1）調硬度。海水淡化水中礦物質含量很低，因此為了讓水可口、無腐蝕性，且滿足人體的健康需要，有必要對其進行一定程度的再礦化處理。再礦化過程的選擇，是由管理的水質標準決定的。如在淡化水中引入鈣離子、碳酸鹽堿度和鎂離子等，所用方法有：用源水摻混，投加化學藥劑，石灰石、白云石和氧化鎂溶解，離子交換等［72］。

①摻混。一般來說，用低鹽度的苦咸水、地下水或者其他來源的可飲用水與淡化水摻混，來提高供水的可靠性和靈活性是常用的。

②投加化學藥劑。在海水淡化水中加入一些必要藥劑，從而獲得想要的均衡的礦物含量。所用的化學藥品包括：二氧化碳（CO2），石灰（Ca（OH）2），碳酸氫鈉（NaHCO3），碳酸鈉（Na2CO3）和氯化鈣（CaCl2）等組合的試劑。目前，世界范圍內最常用的加入化學試劑的方法是二氧化碳和氫氧化鈣，這種再礦化的方法的優勢在于鈣和重碳酸鹽有著相同的比例［72］。

（2）脫硼。反滲透海水淡化的水中硼的濃度難滿足國家飲用水標準0.5 mg/L這一要求。目前國際上大型反滲透海水淡化工程應用中，最常見的脫硼方法是采用部分或全部二級反滲透工藝，也有的選用高脫硼的膜組件進行海水淡化，使淡化水中硼的濃度達到飲用水標準要求；用脫硼樹脂使淡化水中硼的濃度滿足飲用水標準要求，也是淡化水中除硼可選的主要工藝之一［73-74］。

4.4.2淡化水的深度脫鹽反滲透海水淡化裝置生產的淡化水的總溶解性固體含量相對較高，一級反滲透海水淡化產水的總溶解性固體含量范圍為200～500 mg/L。一般工業用水，根據要求可直接用或混用；為進一步提高水質，除去溶解在水中的微量元素，制造出純水和超純水，還必須進行二級反滲透，再將產品水進行深度脫鹽，以滿足飛速發展的電子、電力、制藥、食品、化工、輕工、航空航天和冶金等行業的嚴格的要求［75］。

離子交換技術是傳統的深度脫鹽技術，可除去反滲透淡化水中剩余的鹽分，使之達到特定工藝用水要求。最新發展是用電除離子技術（EDI），它是將電滲析和離子交換技術相結合，使水中陰陽離子透過陰陽離子交換膜，達到水的純化，同時，水分子在電場作用下產生氫離子和氫氧根離子，使離子交換樹脂可連續再生而無需酸和堿，控制不同工藝條件，可制備不同等級的純水和超純水（1～18 MΩ·cm）。

5　對環境的影響及對策

雖然SWRO能為缺水地區提供所需的淡水，但用SWRO大規模生產淡水也有其負面的影響。一是SWRO本體能耗在3 kWh/m3淡水，這意味著產1 t淡水，要消耗1 kg的油，會產生2 kg多的CO2。二是SWRO的回收率一般為40%，那么60%的原海水成為濃海水并排放到海中，這將對所排放的海區的環境和生態產生一定的影響。另外有藥劑、噪音、占地和景觀等的影響。這些影響可通過進一步提高過程的效率來降低能耗、使用清潔的和可再生能源、濃海水的合理排海和綜合利用、不用或使用綠色藥劑、以及其他相應措施來解決或減緩［76-80］。

5.1清潔、可再生能源的應用

清潔、可再生能源主要有核能、太陽能、風能和地熱能等。它們都具有儲量大、可持續利用、環境友好等特點，在合適的地方、需求和選擇合適的工藝下，它們是可優先選擇。如澳大利亞的珀斯反滲透海水淡化廠是大規模利用可再生能源（風能）的海水淡化系統；核能可直接驅動反滲透海水淡化廠或通過熱-膜集成工藝利用它的熱和電來進行海水淡化；太陽能和風能是很多島嶼和邊遠地區中小型海水淡化裝置的優選能源［82-83］。

5.2濃海水處置

5.2.1濃海水排放目前國際上濃海水排放基本采用直接排海的方法。為了降低濃海水對海洋環境的影響，多將濃海水通過管道在離海岸一定距離之處噴射分散，與海水混合，降低濃海水的鹽度，再由海流攜帶至別處；有條件的地方，也可采用濃海水與電廠冷卻水或污水處理場的達標排放污水混合稀釋排海的方法［84-86］。

5.2.2濃海水綜合利用濃海水綜合利用包括利用濃海水制鹽、制堿、提溴、鎂、鉀、鋰、鈾和碘等。

濃海水可經電滲析濃縮—蒸發結晶制鹽，電滲析濃縮鹵水濃度可達200 g/L，噸鹽耗電可降到150 kW·h，由于該工藝占地面積少，不受氣候條件的影響，且產品純度高，30多年來經濟技術指標取得了很大進展，在日本、韓國和我國臺灣地區均有應用［87-88］。

海水提鉀有希望的工藝是離子交換富集法，其中離子篩法是近期開發的一種新分離技術，它是根據沸石離子篩對鉀離子的選擇性吸附的原理，通過吸附和洗脫兩個過程，從洗脫液中再分離和轉化鉀鹽產品。國內已有日產萬噸級的示范項目［89］。

目前，從海水提取溴素的工藝技術有空氣吹出法或水蒸氣蒸餾法，但濃海水中溴的濃度仍較低，采用空氣吹出法有設備龐大、電耗高等問題；近年來國內外相繼試驗離子交換吸附法、液膜法、氣態膜法等新工藝，但有待技術的突破［89］。

海水中鎂的含量僅次于鈉，只有鎂鹽合理開發利用才可實現可持續的海水綜合利用。國外利用濃海水制取氫氧化鎂和高純氧化鎂技術已形成數百萬噸的產業化規模。在我國，海水中鎂資源的開發利用僅限于利用苦鹵生產氯化鎂和硫酸鎂。鎂及鎂化物是重要的工業原料，在合金、耐火、建筑和環保等材料行業及化工行業具廣泛應用，應加強開發力度［89］。

海水提鋰的研究在日本、美國和韓國等國已開展多年，均采用吸附劑法，并有中試現場。

目前，尖晶石型鋰錳氧化物離子篩的效果最好。國內的海水提鋰研究剛起步，也開展了鋰離子篩的研制和吸附研究，接近國際先進水平。今后應注重離子篩在海水提鋰中的應用研究，以盡快形成海水提鋰技術，為實現海水提鋰工業化奠定基礎。鋰是一種自然界中最輕的金屬，被公認為推動世界進步的能源金屬。鋰是國民經濟和國防建設中具有重要意義的戰略物資，在新型綠色能源材料、新合金材料、核聚變材料等高技術領域具有廣闊的發展前景。海水鋰的資源量則非常巨大，因此，應加強研究和開發力度［90］。

鈾是核工業原料，陸地儲藏總量約500萬t U308，為滿足核工業發展的需求，從20世紀60年代開始，英、美、日等國開始海水提鈾的研究。目前從海水中提取鈾的方法主要有吸附法、共沉淀法、離子交換法和液膜萃取法等。其中，吸附法是目前研究最多、最有希望的方法。吸附法海水提鈾是由吸附、脫附、濃縮、分離等工序組成，其最重要的是要研制高性能的吸附劑，其中主要有以肟胺基化合物螯合吸附劑為代表的有機類和以水合氧化鈦絡合吸附劑為代表的無機類等。日本利用肟胺基樹脂進行了海水吸附鈾放大試驗，我國也開展過吸附法海水提鈾的研究工作，但至未取得突破性進展［89］。

5.3新型環境友好的和高效的防垢劑、防污染劑和膜清洗劑的應用

海水的預處理和清洗能不用或少用化學試劑是發展的新動向，如電磁法和電化學法防垢與滲透法清洗等；若用化學試劑，應選擇新型環境友好的和高效的品種，如可生化降解的聚琥珀酸和聚天冬氨酸緩蝕阻垢劑，生物基的羧甲基菊粉阻垢劑，及檸檬酸和谷氨酸等［91-93］。

6　重大項目和工程簡介

6.1我國反滲透（膜）法海水淡化技術發展

政府對海水淡化技術（含反滲透）的研究和開發工作十分重視，包括1967-1969年的全國海水淡化會戰。自“七五”以來，已連續5個五年計劃對膜分離技術（含反滲透）作為重點項目進行支持，包括國家支撐計劃、“863”計劃、“973”計劃和自然科學基金等各類項目，還先后資助成立了國家液體分離膜工程技術研究中心、海水淡化技術聯盟、海水淡化產業聯盟等。圍繞海水淡化、苦咸水淡化等技術的需求，重點研究反滲透膜用原料，突破海水淡化膜的大規模產業化技術關鍵，日產萬噸級反滲透系統配套的海水高壓泵和千噸級配套的能量回收裝置開發取得重大突破，反滲透膜壓力容器已完全實現國產化，單機設計產水量為10 000 t/d和12 500 t/d的反滲透海水淡化裝置已運行多年……使海水淡化形成核心競爭力，打破國際壟斷。此外，曹妃甸百萬噸海水淡化進京工程項目已經通過可行性方案論證，正在啟動實施下一步工作［94］。

6.2韓國的高效反滲透的海水工程和構筑（SEAHERO）計劃簡介

韓國的該計劃從2006年12月開始運作，正式從2007年9月開始實施，2012年底完成。

該項目的主要目標是力爭在5年內把韓國打造成膜法海水淡化的世界性技術強國，研究開發擁有自主產權的主要設備及工程能力。主要在以下3方面有所突破（3L）：Large Scale（大規模）:建成單機27 000 m3/d的能力，并建成樣板工程；Low Energy（低能耗）：海水淡化工廠的總耗電低于4 kWh/m3；Low Fouling（低污染）：通過預處理技術開發，將現有的淤塞密度指數（SDI）水平降低一半，并且研究出比SDI更具有代表性的指標。

韓國政府投資1.6億美元，由韓國科技研究院的In S Kim教授主持，分成4個子課題，共有600名科研人員參加，除了大學、研究所以外，還有11家企業參加，其中包括負責海水淡化反滲透膜開發的世韓（現改名熊津）、負責系統工程的斗山重工、負責高壓水泵的HYUSUNG任原等。

該項目分4個課題，課題1研究費約4千萬美元，約200人參加，主要來自大學，負責預處理，后處理技術開發及膜評價技術的研發；課題2研究費約4千萬美元，約200人參與，主要來自韓國科技研究院，另有部分企業負責操作系統的優化和膜、高壓泵和壓力容器的開發；課題3研究費約7千萬美元，主要由企業實施，約150人參與，負責海水淡化系統集成及樣板工程的建設；課題4研究費約1千萬美元，主要由企業實施，約有50人參與，負責海水淡化系統的運行、維護和管理的研究開發［95］。

6.3日本百萬噸/天膜法水處理系統簡介

該項目是為增強日本未來對大規模海水淡化的競爭力提出的。項目的執行期為2009-2014年，總資助0.34億美元，有11個大學、18個公司等31個單位共140人參加。其目標是發展可持續的先進水處理技術，實現低能耗、低成本和低環境影響的要求，解決21世紀面臨的全球水資源問題。該系統分兩部分，一是研究百萬噸級的最尖端和智能的海水淡化系統，以保障水的穩定和安全的供應；二是研究百萬噸級的創新的廢水處理系統，變通常的只消耗水為還可以生產水（再生水）和能源。該系統有8個主題，其中5個是核心技術：高性能膜和大尺寸元件、取水技術、壓力阻尼滲透（PRO）、高效能量回收和極耐用的低成本管材，另3個是系統工藝技術：百萬噸級海水淡化系統的優化、水資源再生的污水集成膜系統和環境友好的SWRO系統。既重視目前急需的技術，也考慮未來的重要技術［96］。

7　海水淡化的未來——結語

海水淡化的發展是一個不斷創新的過程，60多年來，開發的蒸餾法 （MSF、MED、VC）和反滲透法（RO）已大規模應用，使海水淡化成本大幅度下降。盡管海水淡化的方法多種多樣，但主要的仍是膜法和熱法兩種，目前中東地區以熱法為主，美、歐、澳、日等以SWRO為主。SWRO由于投資能耗、淡化水成本等都最低，建設周期也短，在國際競標中屢屢中標，很有競爭力。近幾年來，大型反滲透膜元件規范和標準化，標準尺寸16 inch或18 inch的膜元件已應用于大規模反滲透裝置中。在水熱電聯產場合（含核能），RO、MED、集成膜法、熱膜耦合等海水淡化系統都可考慮［1］。

海水淡化產量從50多年前的日產不足1萬m3發展到目前的日產量約8 640萬m3，其中，反滲透占了60%以上，解決近3億人口的供水和發展問題，為緩解“水的危機”發揮了重要作用［97］。

除SWRO之外，RO仍將繼續廣泛用于苦咸水淡化以及純水和超純水的制備和飲用水凈化，RO預濃縮技術仍將在化工、醫藥、食品和中草藥等領域進一步推廣應用；RO在環保方面，仍將用于石化、鋼鐵、電鍍、礦山、放射、生活、垃圾滲濾、微污染等廢水的濃縮處理，水回用、達標排放或零（近零）排放等［98］。

其他的方法也在不斷地技術創新、進步和發展，如研究中的新淡化技術：新電滲析、膜蒸餾、正滲透、噴霧淡化、膜電容吸附和新冷凍法等也部分應用或展現應用潛力。在反滲透帶動下發展的各種膜分離技術（液體和氣體分離膜等）在促進循環經濟、清潔生產、改造傳統產業、節能減排、技術進步、環境保護和人民生活水平提高等方面應用越來越廣，發揮的作用越來越顯著［99-106］。

［1］Seema S，Shenvi A M，Isloor A F，et al.A Reviewon RO Membrane Technology:Developments and Challenges［J］.Desalination，2015（368）:10-26.

［2］Malaeb L，Ayoub GM.Reverse Osmosis Technologyfor Water Treatment:State ofthe Art［J］.Desalination，2011（267）:1-8.

［3］Sourirajan S.Reverse Osmosis［M］.NewYork:Academic，1970.

［4］Cadotte J E，Petersen R J，Larson R E，et al.A NewThin-Film Composite Seawater Reverse Osmosis Membrane［J］.Desalination，1980（32）:25-31.

［5］Ismail A F，Padaki M，Hilal N，et al.Thin Film Composite Membrane—Recent Development and Future Potential［J］.Desalination，2015（356）:140-148.

［6］KooJ Y，KimN.Composite Polyamide Reverse Osmosis Membrane and Method ofProducingthe Same:US，6015495［P］.2000-01-18.

［7］艾森MS，塞米亞特R，瓦因羅特N.用于反滲透、納米過濾和超濾的聚砜聚合物和膜，CN101861350A［P］.2010.

［8］Sotto A，Rashed A，Zhang R X，et al.Improved Membrane Structures for Seawater Desalination by Studying the Influence of Sublayers［J］.Desalination，2012，（287）:317-325.

［9］Lee K P，Arnot T C，Mattia D.A Reviewof Reverse Osmosis Membrane Materials for Desalination—Development to Date and Future Potential［J］.J Membr Sci，2011（370）:1-22.

［10］Xie W，Geise G M，Freeman B D，et al.Polyamide Interfacial Composite Membranes Prepared from m-phenylenediamine，Trimesoyl Chloride and a NewDisulfonateddiamine［J］.J Membr Sci，2012（403）:152-161.

［11］張所波，李磊，王獻紅.含聯苯結構的芳香聚酰胺反滲透復合膜，CN1935338［P］.2007.

［12］Liu L F，Cai Z B，Shen J N，et al.Fabrication and Characterization of a Novel Poly（amide-urethane@imide）TFC Reverse Osmosis Membrane with Chlorine-Tolerant Property［J］.J Membr Sci，2014（469）:397-409.

［13］Wang H，Li L，Zhang X S，et al.Polyamide Thin-Film Composite Membranes Prepared from a Novel Triamine 3，5-Diamino-N-（4-aminophenyl）-Benzamide Monomer and m-phenylenediamine［J］.J Membr Sci，2010（353）:78-84.

［14］Ghosh A K，Jeong B H，Huang X F，et al.Impacts of Reaction and Curing Conditions on Polyamide Composite Reverse Osmosis Membrane Properties［J］.J Membr Sci，2008（311）:34-45.

［15］Kong C L，Kanezashi M，Yamomoto T，et al.Controlled Synthesis of High Performance Polyamide Membrane with Thin Dense Layer for Water Desalination［J］.J Membr Sci，2010（362）:76-80.

［16］Zhao L，Ho W S W.Novel Reverse Osmosis Membranes Incorporated with a Hydrophilicadditive for Seawater Desalination［J］.J Membr Sci，2014（455）:44-54.

［17］鄒昊，金焱，徐堅，等.雙層聚酰胺表層復合反滲透膜及其制備方法，CN101462025［P］.2009.

［18］武少禹.一種調節聚酰胺反滲透復合膜界面結構的方法，CN102258949A［P］.2011.

［19］Hirose M，ItoH，Tanaka K.Osmosis Membrane，USPatent，5989426［P］.1999-11-23.

［20］吳宗策，蔡志奇，劉霞，等.低污染復合反滲透膜的生產方法，CN200610051205.8［P］.2007-03-07.

［21］吳宗策，蔡志奇，趙曉陽，等.低污染復合反滲透膜，CN200610200816.4［P］.2008-02-27.

［22］Kwon Y N Chan.Change of Surface Properties and Performance Due to Chlorination of Crosslinked Polyamide Membres［D］.U.S.CA:Stanford University，2005.

［23］Tang C Y，Kwon Y N，Leckie J O.Probing the Nano-and Micro-Seales of Reverse Osmosis Membranes-A Comprehensive Characterization of Physiochemical Properties of Uncoated and Coated Membranes by XPS，TEM，ATR-IR and Streaming Potential Measurements［J］.J Membr Sci，2007（287）:146-156.

［24］HiroseM，Kurita-gun S，ItoH，etal.HighlyPermeableCompositeReverseOsmosisiMembrane，USPatent5989426［P］.1997-01-08.

［25］Zhou Y，Yu SC，GaoCJ，et al.Surface Modification ofThin FilmComposite Polyamide Membranes byElectrostatic SelfDeposition of Polycations for Improved FoulingResistance［J］.Separation and Purification Technology，2009（66）:287-294.

［26］Zhang T L，Zhu C Y，Ma H M，et al.Surface Modification of APA-TFC Membrane with Quaternary Ammonium Cation and Salicylaldehyde toImprove Performance［J］.J Membr Sci，2014（457）:88-94.

［27］KochkodanV H N.A Comprehensive Reviewon Surface Modified Polymer Membranes for Biofouling Mitigation［J］.Desalination，2015（356）:187-207.

［28］Wu J J，Contreras A E，Li Q L.Studying the Impact of RO Membrane Surface Functional Groups on Alginate Fouling in Seawater Desalination［J］.J Membr Sci，2014（458）:120-127.

［29］Hu Y，Lu K，Yan F，et al.Enhancing the Performance ofAromatic Polyamide RO by Surface Modification via Covalent Attachment of Polyvinyl Alcohol（PVA）［J］.J Membr Sci，2016（501）:209-219.

［30］Wu J，Wang Z，Wang Y，et al.Polyvinylamine-Grafted Polyamide Reverse Osmosis Membrane with Improved Antifouling Property［J］.J Membr Sci，2015（495）:1-13.

［31］Xu J，Wang Z，Wang J，et al.Positively Charged Aromatic Polyamide Reverse Osmosis Membrane with High Anti-Fouling Property Prepared byPolyethylenmine Grafting［J］.Desalination，2015（365）:398-406.

［32］WangJ，WangZ，WangJ，et al.Improvingthe Water Fluxand Bio-Fouling Resistance ofReverse Osmosis（RO）Membrane Through SurfaceModification byZwitterionic Polymer［J］.J Membr Sci，2015（493）:188-199.

［33］Rahaman M S，Therien-Aubin H，Ben-Sasson M，et al.Control of Biofouling on Reverse Osmosis Polyamide Membraens Modified with Biocidal Nanoparticles and AntifoulingPolymer Brushes［J］.J Mater Chem.B2014（2）:1724-1732.

［34］MengJ Q，CaoZ，Ni L，et al.ANovel Salt-Responsive TFCROMembrane HavingSuperior Antifoulingand Easy-CleaningProperties［J］.J Membr Sci，2014（461）:123-129.

［35］Blok J A，Chhasatia R，Dilag J，et al.Surface Initiated Polydopaminegrafetedpoly（［2-（methacryoyloxy）ethyl］Trimethylammonium Chloride）Coatings to Produce Reverse Osmosis Desalination Membranes with Anti-Biofouling Properties［J］.J Membr Sci，2014（468）：216-223.

［36］Wei X Y，Wang Z，Zhang W，et al.Surface Modification of Commercial Aromatic Polyamide Reverse Osmosis Membranes by Graft Polymerization of3-allyl-5，5-dimethylhydantoin［J］.J Membr Sci，2010（351）:222-233.

［37］Son S H，Jegal J.Preparation and Characterization of Polyamide Reverse Osmosis Membranes with Good Chlorine Tolerance［J］.J Appl PolymSci，2011（120）:1245-1252.

［38］Kwon Y N，Hong S P，Choi H W，et al.Surface Modification of a Polyamide Reverse Osmosis Membrane for Chlorine Resistance Improvement［J］.J Membr Sci，2012（415-416）:192-198.

［39］JeongB H，Hoek E MV，YanY S，et al.Interfacial Polymerization ofThin Film Nanocomposites:A NewConcept for Reverse Osmosis Membranes［J］.J Membr Sci，2007（294）:1-7.

［40］Lind ML，Eumine S D，Nguyen T V，et al.Tailoring the Structure of Thin Film Nanocomposite Membranes to Achieve Seawater RO Membrane Performance［J］.Environ Sci Technol，2010（44）:8230-8235.

［41］Buonomenna MG.Nano-Enhanced Reverse Osmosis Membranes［J］.Desalination，2013（314）:73-88.

［42］Xu GR，WangJ N，Li CJ.Strategies for Improvingthe Performance ofthe Polyamide Thin FilmComposite（PA-TFC）Reverse Osmosis（RO）Membranes:Surface Modifications and Nanoparticles Incorporations［J］.Desalination，2013（328）:83-100.

［43］Chan E P，Mulhearn WD，HuangYR，et al.Tailoringthe PermselectivityofWater Desalination Membranes via Nanoparticle Assembly［J］.Langmuir，2014（30）:611-616.

［44］Dong H，Zhao L，Zhang L.et al.High-Flux Reverse Osmosis Membranes Incorporated with NaY Zeolite Nanoparticles for Brackish Water Desalination［J］.J Membr Sci，2015（476）:373-383.

［45］Ismail A F，Padaki M，Hilal N，et al.Thin Film Composite Membrane—Recent Development and Future Potential［J］.Desalination，2015（356）:140-148.

［46］David Cohen-Tanugi，Jeffrey C Grossman.Nanoporousgraphene as a Reverse Osmosis Membrane:Recent Insights from Theory and Simulation［J］.Desalination，366（2015）:59-70.

［47］DaerS，KharrazJ，GiwaA，etal.RecentApplicationsofNanomaterialsinWaterDesalination:ACriticalReviewandFutureOpportunities［J］.Desalination，2015，（367）:37-48.

［48］Yin J，DengBL.Polymer-MatrixNanocomposite Membranes for Water Treatment［J］.J Membr Sci，2015（479）:256-275.

［49］TangCY，ZhaoY，WangR，et al.Desalination byBiomimetic Aquaporin Membranes:ReviewofStatus and Prospects［J］.Desalination，2013，（308）:34-40.

［50］TangCY，WangZY，Petrini'I，et al.Biomimetic Aquaporin Membranes ComingofAge［J］.Desalination，2015（368）:89-105.

［51］Zhao Y，Qiu C，Li X，et al.Synthesis of Robust and High-Performance Aquaporin-Based Biomimetic Membranes by Interfacial Polymerization-Membrane Preparation and ROPerformance Characterization［J］.J Membr Sci，2012（423-424）:422-428.

［52］Li X，Wang R，Wicaksana F，et al.Preparation ofHigh Performance Nanofiltration（NF）Membranes Incorporated with Aquaporin Z［J］.J Membr Sci，2014（450）:181-188.

［53］Saeki D，Yamashita T，Fujii A，et al.Reverse Osmosis Membranes Based on a Supported Lipid Bilayer with Gramicidin A Water Channels［J］.Desalination，2015（375）:84-53.

［54］KumanoA，FujiwaraN.CelluloseTriacetateMembranesforReverseOsmosis，in:LiNN，FaneAG，HoWSW，MatsuuraT.（Eds.），Advanced Membrane Technologyand Applications［M］.John Wiley&Sons，NewJersey，2008:21-45.

［55］Ng H Y，Tay K G，Chua S C，et al.Novel 16-inch Spiral-Wound RO Systems for Water Reclamation—A Quantum Leap in Water Reclamation Technology［J］.Desalination，2008，（225）:274-287.

［56］Koutsou C P，Karabelas A J.A Novel Retentate Spacer Geometryfor Improved Spiral Wound Membrane（SWM）Module Performance［J］.J Membr Sci，2015（488）:129-142.

［57］Karabelas A J，Kostoglou M，Koutsou C P.Modeling of Spiral Wound Membrane Desalination Modules and Plants-Review and Research Priorities［J］.Desalination，2015（356）:165-186.

［58］葉曉琰，許國樂，胡敬寧.反滲透海水淡化高壓泵的優化選擇［J］.水處理技術，2008，34（9）:79-91.

［59］Song D W，Wang Y，Xu S，et al.Control Logic and Strategy for Emergency Condition of Piston Type Energy Recovery Device［J］.Desalination，2014（348）：1-7.

［60］Wu L M，Wang Y，XuE L，et al.Employing Groove-Textured Surface to Improve Operational Performance ofRotary Energy Recovery Devicein Membrane Desalination System［J］.Desalination，2015（369）:91-96.

［61］Henthorne L，Boysen B，State-of-the-art ofReverse Osmosis Desalination Pretreatment［J］.Desalination，2015（356）:129-139.

［62］JamalyS，Darwish MN，Ahmed I，et al.A Short Reviewon Reverse Osmosis Pretreatment Technologies［J］.Desalination，2014（354）: 30-38.

［63］Fritzmann C，L?wenbergJ，Wintgens T，et al.State-of-the-art ofReverse Osmosis Desalination［J］，Desalination，2007（216）:1-76.

［64］ChongTH，LooSL，KrantzWB.Energy-Efficient Reverse Osmosis Desalination Process［J］.J Membr Sci，2015（473）:177-188.

［65］Heijman S G J，Guo H，Li S，et al.Zero Liquid Discharge:Heading for 99%Recovery in Nanofiltration and Reverse Osmosis［J］.Desalination，2009（236）:357-362.

［66］Galama A H，Daubaras G，Burheim O S，et al.Seawater Electrodialysis with Preferential Removal of Divalent Ions［J］.J Membr Sci，2014，（452）:219-228.

［67］高從堦，阮國嶺.海水淡化技術與工程［M］.北京：化工出版社，2015：228-245.

［68］KimYM，KimSJ，KimY S，et al.OverviewofSystems EngineeringApproaches for a Large-Scale Seawater Desalination Plant with a Reverse Osmosis Network［J］.Desalination，2009（238）:312-332.

［69］高從堦，阮國嶺.海水淡化技術與工程［M］.北京：化工出版社，2015：444-471.

［70］高從堦，阮國嶺.海水淡化技術與工程［M］.北京：化工出版社，2015：278-282.

［71］Qin J J，Oo M H，Kekre K A，et al.Development of Novel Backwash Cleaning Technique for Reverse Osmosis in Reclamation of SecondaryEffluent［J］.J Membr Sci，2010（346）:8-14.

［72］Shemer H，Hasson D，Semiat R.State-of-the-art Reviewon Post-treatment Technologies［J］.Desalination，2015（356）:285-293.

［73］Wolska J，Bryjak M.Methods for Boron Removal fromAqueous Solutions—AReview［J］.Desalination，2012（310）:18-24.

［74］Güler E，Kaya C，KabayN，et al.Boron Removal fromSeawater:State-of-the-art Review［J］.Desalination，2015（356）:85-93.

［75］Su W Q，Pan R Y，Xiao Y，et al.Membrane-Free Electrodeionization for High Purity Water Production［J］.Desalination，2013（329）: 86-92.

［76］Sadhwani J J，Vena J M，Santana C.Case Studies on Environmental Impact of Seawater Desalination［J］.Desalination，2005（185）: 1427-1434.

［77］Sánchez-Lizaso J L，Romero J，Ruiz J，et al.Salinity Tolerance of the Mediterranean Seagrass Posidonia Oceanic:Recommendations toMinimize the Impact ofBrine Discharges fromDesalination Plants［J］.Desalination，2008（211）:602-607.

［78］MezherT，FathH，AbbasZ，etal.Techno-EconomicAssessmentandEnvironmentalImpactsofDesalinationTechnologies［J］.Desalination，2010（266）:263-273.

［79］Gonzalez E，Arconada B，Delgado P，et al.Environmental Research on Brine Discharge Optimizing:A Case Study Approach［J］.Desalinationand Water Treatment，2011（31）:197-205.

［80］高從堦，阮國嶺.海水淡化技術與工程［M］.北京：化工出版社，2015：669-692.

［81］RaluyR G，Serra L，Uche J.Life Cycle Assessment ofDesalination Technologies Integrated with Renewable Energies［J］.Desalination，2005（183）:597-609.

［82］Ghaffour N，Bundschuh J，Mahmoudi H，et al.Renewable Energy-Driven Desalination Technologies:A Comprehensive Review on Challenges and Potential Applications ofIntegrated Systems［J］.Desalination，2015（356）:94-114.

［83］高從堦，阮國嶺.海水淡化技術與工程［M］.北京：化工出版社，2015：374-407.

［84］Alameddine I，El-Fadel M.Brine Discharge from Desalination Plants:A Modeling Approach to an Optimized Outfall Design［J］.Desalination，2007（214）:241-260.

［85］Morillo J，UseroJ，Rosado D，et al.Comparative Study of Brine Management Technologies for Desalination Plants［J］.Desalination，2014（336）:32-49.

［86］高從堦，阮國嶺.海水淡化技術與工程［M］.北京：化工出版社，2015：683-692.

［87］Reig M，Casas S，Aladjem C，et al.Concentration of NaCl from Seawater Reverse Osmosis Brines for the Chlor-alkali Industry by Electrodialysis［J］.Desalination，2014（342）:107-117.

［88］Korngold E，Aronov L，Daltrophe N.Electrodialysis of Brine Solutions Discharged from an RO Plant［J］.Desalination，2009（242）: 215-227.

［89］高從堦，阮國嶺.海水淡化技術與工程［M］.北京：化工出版社，2015：562-668.

［90］Hoshino T.Preliminary Studies of Lithium Recovery Technology from Seawater by Electrodialysis Using Ionic Liquid Membrane［J］.Desalination，2013（317）:11-16.

［91］Liu D，Dong W B，Li F T，et al.Comparative Performance of Polyepoxysuccinic Acid and Polyaspartic Acid on Scaling Inhibition by Static and Rapid Controlled Precipitation Methods［J］.Desalination，2012（304）:1-10.

［92］Chauhan K，Kumar R，Kumar M，et al.Modified Pectin-based Polymers as Green Antiscalantsfor Calcium Sulfate Scale Inhibition［J］.Desalination，2012（305）:31-37.

［93］Chaussemier J M，PourmohtashamE，Gelus D，et al.State ofArt ofNatural Inhibitors ofCalcium Carbonate Scaling.A ReviewArticle［J］.Desalination，2015（356）:47-55.

［94］高從堦.大陸海水淡化技術發展與展望［R］.2014兩岸工程科技交流論壇，2014.

［95］Kim S，Cho D，Lee MS，et al.SEAHERO R&D Program and Key Strategies for the Scale-up of a Seawater Reverse Osmosis（SWRO）System［J］.Desalination，2009（238）:1-9.

［96］Kurihara M.Mega-ton Water System Project-Overview and Progress［R］.Symposium Program at Nihonbashi Mitsui Hall，Tokyo，November 21，2013.

［97］Pe?ate B，García-Rodríguez L.Current Trends and Future Prospects in the Design of Seawater Reverse Osmosis Desalination Technology［J］.Desalination，2012（284）:1-8.

［98］高從堦.“海水淡化”提案的60年［R］.北京國際海水淡化高層論壇，2012.

［99］高從堦，阮國嶺.海水淡化技術與工程［M］.北京：化工出版社，2015：24-25.

［100］Alkhudhiri A，NidalHilal N.Membrane Distillation:AComprehensive ReviewArticle［J］.Desalination，2012（287）:2-18.

［101］Drioli E，Ali A，MacedonioF.Membrane Distillation:Recent Developments and Perspectives［J］.Desalination，2015，（356）:56-84.

［102］Chung T S，Zhang S，Wang K Y，et al.Forward Osmosis Processes:Yesterday，Today and Tomorrow［J］.Desalination，2012（287）: 78-81.

［103］Shaffer DL，Werber J R，JaramilloH，et al.Forward Osmosis:Where are We Now？［J］.Desalination，2015（356）:271-284.

［104］WangZ，Dou BJ，ZhengL，et al.Effective Desalination byCapacitive Deionization with Functional Graphenenanocomposite as Novel Electrode Material［J］.Desalination，2012（299）:96-102.

［105］Zhao Y J，Wang Y，Wang R G，et al.Performance Comparison and Energy Consumption Analysis of Capacitive Deionization and Membrane Capacitive Deionization Processes［J］.Desalination，2013（324）:127-133.

［106］KangJ，KimT，JoK，et al.Comparison ofSalt Adsorption Capacityand EnergyConsumption Between Constant Current and Constant Voltage Operation in Capacitive Deionization［J］.Desalination，2014（352）:52-57.

Recent Development and Prospect of Seawater Reverse Osmosis Desalination Technology

GAO Cong-jie，ZHOU Yong，LIU Li-fen
Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，Zhejiang Province，China

The reverse osmosis（RO）membrane technology achieved breakthrough progress in the 1960s，resulting in fast development of seawater reverse osmosis desalination over the past half century.The world's desalination capacity has been rapidly increasing since 1990.Seawater reverse osmosis（SWRO）desalination has become a novel process for producing drinking water from seawater with the lowest investments and costs.This paper systematically reviews the development status of SWRO technology，such as improvement in membrane performance and related element structure，efficiency enhancement of high pressure pumps and energy recovery devices（ERD），unceasing development of technical processes including pretreatment and post-treatment，as well as impacts on the environment and related countermeasures.The development of RO technology has also promoted the progress of other membrane separation processes and extended their application fields.In the near future，it can be predicted that the membrane-based technologies will play an increasingly prominent role in seawater desalination and water reuse，augmentation and protection of water resources，cicular economy，clean production，traditional industry updating，energy conservation and emission reduction as well as enhancement of people's living standards.

seawater desalination；reverse osmosis membrane，reverse osmosis technology；energy recovery；environmental impacts

P747；TQ028.8

A

1003-2029（2016）01-0001-14

10.3969/j.issn.1003-2029.2016.01.001

2016-01-06

國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）資助項目：面向應用的高性能水處理膜設計與制備（2015CB655300）

高從堦（1942-），男，中國工程院院士，主要從事功能膜分離、海水淡化、水處理、膜與（水）資源、環境、清潔生產和傳統產業改造等方面研究。E-mail:gaocj@zjut.edu.cn